新型超表面技术可控制光线以实现数据安全传输

与传统光学技术相比，超表面技术使用纳米级人工结构提供更先进、更轻便、更精确的光控制。KAIST 的研究人员开发了一种Janus超表面，能够精确管理不对称光传输，解决了现有超表面技术的局限性。该研究发表在 Advanced Materials 上。

KAIST 研究团队还提出了一种新方法，通过限制使用该技术解码信息的条件来显着增强安全性。在材料科学与工程系Jonghwa Shin教授的领导下，该团队开发了一种能够精确调节不对称光传输的Janus超表面。

具有非对称传输功能的器件原理图。a） 用作背面照明放大镜的设备。b） 用作正面照明偏振相机的设备。

响应随方向变化的不对称特性在各种科学和工程领域都至关重要。他们创造的Janus超表面的工作原理类似于双面罗马神 Janus，根据入射光的方向显示出完全不同的光学响应。这允许单个超表面根据光线的方向执行不同的光学任务，例如在一个方向上用作偏振相机，在另一个方向上用作放大镜。

换句话说，根据光线的方向，这项技术可以运行两个不同的光学系统（例如透镜和全息图）。

这一突破 解决了超表面技术长期存在的局限性，允许根据光的入射方向精确控制光的强度、相位和偏振。以前的超表面缺乏这种能力。KAIST 研究团队成功地在两个方向上实现了各种矢量全息图，展示了一个功能齐全的非对称光传输控制系统。

该团队还利用这项技术开发了一种新颖的光学加密方法。他们创建了一个光学加密系统，该系统允许仅在特定条件下解码信息，从而显著提高安全性。通过使用Janus超表面，他们生成了矢量全息图，这些全息图会根据入射光的方向和偏振生成不同的图像。

这项技术有可能成为安全数据传输和量子通信等应用的下一代安全解决方案。此外，超表面的超薄结构有望减轻传统光学器件的重量和体积，支持更紧凑、更轻便的下一代电子产品的开发。

韩国科学技术院材料科学与工程系教授Jonghwa Shin：“这项研究实现了对光的强度、相位和偏振的完全不对称传输控制，这一直是光学领域长期面临的挑战。它为开发各种应用光学器件开辟了可能性。我们计划充分利用超表面技术的潜力，继续开发可应用于各种领域的光学设备，例如增强现实 （AR）、全息显示器和自动驾驶汽车的 LiDAR 系统。”

这项研究由 Hyeonhee Kim（韩国科学技术院材料科学与工程系博士生）和 Joonkyo Jung 共同第一作者，由韩国国家研究基金会的纳米材料技术开发计划和中期职业研究人员计划资助。

相关链接：https://doi.org/10.1002/adma.202406717